专利名称：一种反型结构的有机小分子太阳能电池的制作方法
技术领域：
本发明属于有机光电技术领域有机太阳能电池的构造，具体涉及一种新型有机小分子反型太阳能电池及其制备方法。
背景技术：
目前人类仍然主要依赖化石燃料来获取所需要的能源，然而这面临两个不可回 避的问题，化石燃料的不可再生性决定了化石燃料的不断耗尽，伴随化石燃料的燃烧释放 的二氧化碳等气体引起的温室效应制约了人类社会经济的发展，严重恶化了人类的生存环 境。开发环保的新能源刻不容缓。太阳能作为一种取之不尽的绿色能源，备受青睐，成为人们研究新能源的一个重 要方向。太阳能电池是一种将太阳辐射的能量转换为电能的器件。目前硅太阳能电池的能 量转换效率已经达到24%，但是其生产工艺复杂，生产成本高，限制了他大规模民用化生产。 有机太阳能电池制备工艺简单，原料成本低廉，可大批量工业化生产，这些显著的优势显示 出有机太阳能电池巨大的发展前景。近年来随着有机太阳能电池研究的不断深入，能量转 化效率快速提升，目前报道的单层有机太阳能电池最高的转换效率达到7. 3%，但器件的稳 定性还需大幅度提高。同有机聚合物相比，有机小分子容易合成和提纯，因此成本在材料上 比聚合物更便宜。因此有机小分子太阳能电池也引起的人们的广泛关注。但器件稳定性也 急需大幅度提高，目前研究结果认为器件的稳定性主要有两个方面的原因1)有机材料 在光照情况下的热老化；2)电池的阴极材料一般采用低功函数的金属，低功函数的金属薄 膜在容易受到空气中的水和氧气等影响，使其导电能力下降。
发明内容
本发明所要解决的技术问题，是克服金属电极被污染的问题。提供一种反型结构 的有机小分子太阳能电池。本发明的技术方案
一种反型结构的有机小分子太阳能电池，该有机小分子太阳能电池包括在ITO玻璃 衬底的导电层上依次制备阴极修饰层，有机小分子电子受体薄膜和电子给体薄膜，阳极修 饰层和金属电极。阴极修饰层采用低功函数的金属材料，厚度为1 2纳米；有机小分子电子受体 薄膜的材料为C6tl或C7tl ；电子给体薄膜的材料为CuPc或Pentacene ；阳极修饰层的材料为 MoO3,厚度为8 10纳米。制备阴极修饰层时，Ca的蒸发速率为0. 02纳米/秒。制备阳极修饰层时，MoO3的蒸发速率为0. 2纳米/秒。所述的阴极修饰层采用低功函数的金属材料包括Ca、Mg、Ce或Ba。本发明的有益效果本发明所述的有机小分子太阳能电池，采用反型的器件结构， 应用高功函数的金属Ag作为电极的正极，比传统的Al电极具有更高的稳定性，能够较好的防止空气和水分的影响，有效降低了电极的污染；同时采用Ca作为阴极ITO的修饰层，而 阳极修饰用MoO3取代了传统太阳能电池的PEDOT PSS修饰层，由于PEDOT PSS具有酸性、 腐蚀性等缺点，容易污染太阳能电池的正极，MoO3在这个方面则不会对器件的电极造成污 染，进一步改善了电池电极污染问题，同时使电池正负极的功函数与给、受体材料之间的最 高占据分子轨道(HOMO)和最低未占据分子轨道(LUMO)能级更好的匹配，提高了器件的稳 定性。
图1反型结构的有机小分子太阳能电池结构示意图。图中ΙΤ0玻璃衬底1、阴极修饰层2、有机小分子电子受体薄膜3、电子给体薄膜 4、阳极修饰层5、金属电极6。图2器件结构中所用材料的能级结构示意图。图3没有蒸镀Ca修饰层和蒸镀了 Ca修饰层对器件性能影响的J-V特性曲线。图中没有阴极修饰层Ca时的暗特性曲线(空心正方形);没有阴极修饰层Ca时的 亮特性曲线(实心正方形)；有阴极修饰层Ca时的暗特性曲线(空心圆圈)；有阴极修饰层Ca 时的亮特性曲线(实心圆圈)。图4不同厚度的MoO3修饰层对器件性能影响的J-V特性曲线。图中阳极修饰层Μο03的厚度为O纳米(空心五角星);阳极修饰层MoO3的厚度为 3纳米(实心菱形)；阳极修饰层MoO3的厚度为6纳米(实心上三角)；阳极修饰层MoO3的厚 度为10纳米(实心下三角)；阳极修饰层MoO3的厚度为16纳米(实心五角星)。
具体实施例方式实施例一，一种反型结构的有机小分子太阳能电池，它包括在ITO玻璃衬底1的 导电层上依次制备阴极修饰层2，有机小分子电子受体薄膜3，电子给体薄膜4，阳极修饰层 5和金属电极6。阴极修饰层2的材料采用低功函数的Ca，厚度为1纳米；有机小分子电子受体薄 膜3的材料为料碳六十C6tl ；电子给体薄膜4的材料为酞菁铜CuPc ；阳极修饰层5的材料为 MoO3,厚度为8纳米；金属电极6作为阳极，材料为Ag。制备阴极修饰层2时，Ca的蒸发速率为0. 02纳米/秒。制备阳极修饰层5时，MoO3的蒸发速率为0. 2纳米/秒。一种反型结构的有机小分子太阳能电池的制备方法，包括以下步骤
步骤一，将ITO衬底1分别浸泡于去离子水、丙酮、乙醇溶液中，用超声波清洗仪清洗。 清洗干净后用氮气吹干，将干燥的衬底表面用紫外臭氧(氧等离子体)处理，进一步提高衬 底表面的清洁度及ITO表面的功函数。步骤二，将步骤一中处理完毕的ITO衬底放置在真空腔中的衬底支架的凹槽中， 并将Ca放置在真空腔中的蒸发源中。步骤三，对真空腔抽真空，使真空度达到10_5帕。步骤四，调节支架的旋转速度，使旋转速率为0. 25转/秒。步骤五，加热蒸发源，控制蒸发速率为0. 02纳米/秒。
步骤六，蒸镀材料为Ca，厚度为1纳米的阴极修饰层2。步骤七，将C6tl放置在真空腔中的蒸发源中，重复以上步骤三和四，在阴极修饰层2 上，蒸镀材料为C6tl，蒸发速率为0. 2纳米/秒，厚度为40纳米的的有机小分子电子受体薄 膜3。步骤八，将CuPc放置在真空腔中的蒸发源中，重复以上步骤三和四，在有机小分 子电子受体薄膜3上，蒸镀材料为CuPc，蒸发速率为0. 2纳米/秒，厚度为25纳米的电子给 体薄膜4。步骤九，将MoO3放置在真空腔中的蒸发源中，重复以上步骤三和四，在电子给体薄 膜4上，蒸发速率为0. 2纳米/秒，蒸镀材料为MoO3,厚度为8纳米的阳极修饰层5。步骤十，将Ag放置在真空腔中的蒸发源上，重复以上步骤三和四，在阳极修饰层5 上，蒸镀材料为Ag，蒸发速率为0. 2纳米/秒，厚度为100纳米的金属阳极6。实施例二，实施例二与实施例一区别为阴极修饰层2的材料为Mg，厚度为2纳 米，有机小分子电子受体薄膜3的材料为料碳七十C7tl，金属阳极6的材料为Au。实施例三，实施例三与实施例一区别为阴极修饰层2的材料为Ce，电子给体薄膜4 的材料为并五苯Pentacene，厚度为25纳米。实施例四，实施例四与实施例一区别为阴极修饰层2的材料为Ba，阳极修饰层5 的材料为MoO3,厚度为10纳米。
权利要求
一种反型结构的有机小分子太阳能电池，其特征是，该有机小分子太阳能电池包括在ITO玻璃衬底(1)的导电层上依次制备阴极修饰层(2)，有机小分子电子受体薄膜(3)和电子给体薄膜(4)，阳极修饰层(5)和金属电极(6)； 阴极修饰层(2)采用低功函数的金属材料，厚度为1～2纳米；有机小分子电子受体薄膜(3)的材料为C60或C70；电子给体薄膜(4)的材料为CuPc或Pentacene；阳极修饰层(5)的材料为MoO3，厚度为8～10纳米。
2.根据权利要求1所述的一种反型结构的有机小分子太阳能电池，其特征是，阴极修 饰层(2)采用低功函数的金属材料包括Ca、Mg、Ce或Ba。
全文摘要
本发明公开了一种反型结构的有机小分子太阳能电池，涉及一种太阳能电池。该有机小分子太阳能电池包括在ITO玻璃衬底(1)的导电层上依次制备阴极修饰层(2)，有机小分子电子受体薄膜(3)和电子给体薄膜(4)，阳极修饰层(5)和金属电极(6)。阴极修饰层(2)采用低功函数的金属材料，厚度为1～2纳米；有机小分子电子受体薄膜(3)的材料为C60或C70；电子给体薄膜(4)的材料为CuPc或Pentacene；阳极修饰层(5)的材料为MoO3，厚度为8～10纳米。解决了现有的金属电极被污染的问题。
文档编号H01L51/42GK101997085SQ20101050407
公开日2011年3月30日 申请日期2010年10月12日 优先权日2010年10月12日
发明者卓祖亮, 张福俊, 徐征, 王永生 申请人:北京交通大学